劉思平 華潤(rùn)電力（海豐）有限公司

王毅斌 周 靜 西安交通大學(xué)熱能工程系

1000MW超超臨界鍋爐反向雙切圓燃燒系統(tǒng)試驗(yàn)研究

劉思平 華潤(rùn)電力（海豐）有限公司

王毅斌 周 靜 西安交通大學(xué)熱能工程系

過(guò)熱器超溫；冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)；溫差

1.概述

華潤(rùn)電力（海豐）有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“海豐電廠(chǎng)”）2×1000MW超超臨界燃煤機(jī)組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠(chǎng)設(shè)計(jì)制造的HG-3100/28.25-YM4型超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用П型布置、單爐膛、一次中間再熱、低NOX主燃燒器和高位燃盡風(fēng)分級(jí)燃燒技術(shù)、反向雙切圓燃燒方式，每臺(tái)鍋爐配6層煤粉燃燒器，每層各8只，共48只煤粉燃燒器。 A層燃燒器配有微油點(diǎn)火裝置，共8支，單支出力為120kg/h，還隔層配置AB、CD、EF三層大油槍?zhuān)?4支，單支出力為1275kg/h。制粉系統(tǒng)為ZGM123G-II型中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)爐配6臺(tái)磨煤機(jī)，BMCR工況下5運(yùn)1備，并配備6臺(tái)與之相適的電子稱(chēng)重式給煤機(jī)（型號(hào)）。

2.問(wèn)題現(xiàn)狀及原因分析

2.1 問(wèn)題現(xiàn)狀

海豐電廠(chǎng)機(jī)組投產(chǎn)后鍋爐運(yùn)行時(shí)存在如下問(wèn)題：

（1）爐膛左右兩側(cè)煙氣溫度及過(guò)熱器、再熱器汽溫偏差較大（最大時(shí)達(dá)90℃），為平衡過(guò)熱器汽溫偏差需投大量的減溫水；

（2）燃燒器區(qū)域冷壁、前屏過(guò)熱器、后屏過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器、高溫再熱器經(jīng)常出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，尤其是燃燒器區(qū)域水冷壁2015年兩臺(tái)爐出現(xiàn)過(guò)4次超溫爆管情況；

2.2 原因分析

（1）煙氣溫度偏差大

雖在兩臺(tái)爐在吹管前均已進(jìn)行冷態(tài)動(dòng)力力場(chǎng)試驗(yàn)及調(diào)整，但投產(chǎn)后前水#2、 #3號(hào)角及后#5、 #8角煙氣溫度偏高，屬于二次風(fēng)風(fēng)量標(biāo)定、噴口擺角角度及一次風(fēng)調(diào)平、標(biāo)定未達(dá)到預(yù)期效果，運(yùn)行實(shí)際爐膛內(nèi)切圓燃燒存在程橢圓狀偏斜現(xiàn)象，造成兩側(cè)煙氣溫度偏差大；雖經(jīng)電科院指導(dǎo)進(jìn)行熱態(tài)燃燒調(diào)整，但收效甚微。

經(jīng)檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)部分燃燒器風(fēng)室隔板變形，造成二次風(fēng)噴嘴擺動(dòng)時(shí)卡死，燃燒器擺角拐臂的安全銷(xiāo)被切斷，噴嘴下擺，運(yùn)行中不能調(diào)節(jié)擺角。

（2）水冷壁容易超溫、爆管

燃盡風(fēng)燃燒器水冷壁區(qū)域?qū)儆诟邿嶝?fù)荷區(qū)，管壁溫度偏高，且在變負(fù)荷時(shí)水煤比調(diào)節(jié)不及時(shí)容易超溫。同時(shí)，因中部水冷壁壁溫測(cè)點(diǎn)安裝在水冷壁的背火面，而背火面與向火面存在約30℃的溫度偏差，報(bào)警溫度設(shè)定值為480℃，當(dāng)溫度測(cè)點(diǎn)達(dá)到480℃時(shí)，向火面實(shí)際溫度已超溫達(dá)510℃，兩臺(tái)鍋爐歷次超溫爆管位置及水冷壁鰭片拉裂位置集中在#2、#3、 #5角燃燼風(fēng)燃燒器區(qū)域。

3.解決方案

3.1 重新進(jìn)行冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)

（1）冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程

空氣動(dòng)力場(chǎng)的合理性對(duì)于爐內(nèi)煤粉燃燒穩(wěn)定性、蒸汽側(cè)汽溫偏差等具有重要影響。2016年1月，在201C檢修期間，利用爐內(nèi)檢修平臺(tái)由西安熱工院對(duì)#2鍋爐重新進(jìn)行冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)爐內(nèi)檢查出的噴燃器口、二次風(fēng)噴口存在的缺陷進(jìn)行處理。

試驗(yàn)前在煤粉管道上重新安裝了72只一次風(fēng)測(cè)點(diǎn)，對(duì)一次風(fēng)主管與支管風(fēng)速、二次風(fēng)總風(fēng)量和水冷壁貼壁風(fēng)進(jìn)行測(cè)量，并與機(jī)組表盤(pán)顯示值進(jìn)行對(duì)比與修訂，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)縮孔、煤粉分配器使每臺(tái)在運(yùn)磨煤機(jī)的主風(fēng)管風(fēng)速和各支管風(fēng)速偏差在±5%以?xún)?nèi)。

最后進(jìn)行爐內(nèi)煙花示蹤，判斷每層燃燒器噴口氣流的偏斜程度，從而可以較為詳細(xì)地了解爐膛內(nèi)部氣流的分布特征，為鍋爐熱態(tài)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)與理論支撐。

（2）試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)A與B磨煤機(jī)部分風(fēng)粉管A3/4、A5/6、 B3/4和B5/6進(jìn)行可調(diào)縮孔調(diào)平，最終實(shí)現(xiàn)將各磨主風(fēng)管風(fēng)速偏差降低在±5%以?xún)?nèi)。一次風(fēng)支管分別將A1、 B1、A5、A6、A7的分配器關(guān)小5%、5%、10%、5%、 5%后，各磨一次風(fēng)支管的風(fēng)速偏差降低在±5%之內(nèi)。

煙花示蹤的結(jié)果發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)#2角的第2/4/12/13/15層，#5角的3/4/10/14/18層，#3角第5/6/7/8/10層均會(huì)出現(xiàn)了火焰偏向水冷壁的現(xiàn)象。

（3）試驗(yàn)后的調(diào)整

根據(jù)冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，在冷態(tài)對(duì)#3角燃燒器二次風(fēng)噴嘴擺角角度再次進(jìn)行調(diào)整，消除火焰下偏問(wèn)題， #2爐2月下旬點(diǎn)火后，在熱態(tài)時(shí)將#3、 #5角一、二次風(fēng)適當(dāng)開(kāi)大，確保火焰剛性，避免火焰刷墻現(xiàn)象。目前#2爐爐膛左右側(cè)煙氣氣溫偏差有效減少（＜10℃），左右側(cè)汽溫偏差及超溫現(xiàn)象也得到有效控制，減溫水量投用也大大減少，進(jìn)一步提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，取得了較好的優(yōu)化效果。

3.2優(yōu)化點(diǎn)火及磨煤機(jī)運(yùn)行方式

（1）點(diǎn)火方式

海豐電廠(chǎng)鍋爐燃燒系統(tǒng)采用微油點(diǎn)火系統(tǒng)，將A層煤粉燃燒器為微油點(diǎn)火燃燒器，鍋爐點(diǎn)火時(shí)，以往為節(jié)約用油，先點(diǎn)八只微油小油槍?zhuān)L(fēng)器加熱A磨入口一次風(fēng)，分離器出口溫度至70℃時(shí)啟動(dòng)A磨。但由于小油槍出力較小，熱量較低，自微油點(diǎn)火至投磨期間不足以將爐膛內(nèi)水冷壁有效加熱，投磨后爐膛熱負(fù)荷瞬間增加，溫度上升過(guò)快，易造成中下部局部水冷壁超溫及鰭片應(yīng)力變化大易產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而延伸至管子根部造成管子母材撕裂爆管，同時(shí)煤粉燃燒不完全，飛灰含碳量偏高，燃燒推遲，尾部煙道內(nèi)易形成煤粉堆積，存在著火的不安全因素。

針對(duì)微油點(diǎn)火A磨的啟動(dòng)方式存在的弊端，海豐電廠(chǎng)對(duì)點(diǎn)火方式進(jìn)行了優(yōu)化，鍋爐點(diǎn)火時(shí)先投大油槍對(duì)爐膛進(jìn)行充分加熱，再投微油小油槍?zhuān)?A磨入口風(fēng)溫180℃時(shí)再投運(yùn)，可有效控制啟動(dòng)期間水冷壁壁溫，也有助于提高煤粉燃燼度及降低飛灰含碳量。

（2）磨煤機(jī)運(yùn)行方式

機(jī)組啟動(dòng)時(shí)優(yōu)化磨煤機(jī)投運(yùn)方式，先投啟動(dòng)磨A磨，再啟C磨，其次是D磨，機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，尤其是在干濕態(tài)轉(zhuǎn)變的時(shí)候水冷壁管最容易超溫，所以可以選擇快速完成干濕態(tài)轉(zhuǎn)換，同時(shí)可以最大限度的降低A磨的出力，條件允許可以盡快將機(jī)組負(fù)荷升至500MW。機(jī)組在500MW以下干態(tài)運(yùn)行時(shí)，嚴(yán)格控制過(guò)熱度，不宜高于15℃。鍋爐正常運(yùn)行時(shí)盡可能運(yùn)行上層磨， A磨盡可能不投運(yùn)。將原來(lái)投用下層磨運(yùn)行方式改為多投上層磨， A磨為鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)投用，待機(jī)組帶高負(fù)荷時(shí)停用。目前機(jī)組在400MW-800MW以上負(fù)荷時(shí)基本維持C、 D、 E、 F中3臺(tái)磨或4臺(tái)磨運(yùn)行，停用A、 B磨，當(dāng)機(jī)組需滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)再增開(kāi)A/B磨，這樣既確保水冷壁中部及上部不超溫，也降低了飛灰含碳量。

（3）調(diào)整中部過(guò)渡段入口水冷壁汽溫限值

根據(jù)鍋爐廠(chǎng)運(yùn)行說(shuō)明將中部水冷壁入口壁溫限值設(shè)定為480℃，由于壁溫測(cè)點(diǎn)安裝在水冷壁管背火面，背火面與向火面最少存在30℃溫差，故當(dāng)壁溫測(cè)點(diǎn)溫度為480℃時(shí)，向火面溫度已達(dá)510℃，因此將中部水冷壁入口壁溫限值降低至450℃進(jìn)行優(yōu)化控制，自2015年9月優(yōu)化該報(bào)警保護(hù)定值以來(lái)，海豐電廠(chǎng)兩臺(tái)鍋爐均未再出現(xiàn)爆管泄漏事件，并且保持穩(wěn)定運(yùn)行。

4.結(jié)束語(yǔ)

海豐電廠(chǎng)機(jī)組投產(chǎn)一年多以來(lái)，經(jīng)過(guò)技術(shù)部專(zhuān)業(yè)人員與發(fā)電部運(yùn)行人員共同努力，結(jié)合外部調(diào)研及委托西安熱工院進(jìn)行冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)以后，解決了水冷壁超溫爆管、火焰偏斜、爐膛左右側(cè)煙氣偏差等問(wèn)題，鍋爐灰、渣含碳量得以逐步降低，在煤種（煙煤摻燒印尼煤，發(fā)熱量約為4500大卡）偏離設(shè)計(jì)煤種較多的情況下，鍋爐熱效率能高于設(shè)計(jì)值（94.4%），鍋爐燃燒得到了較好的優(yōu)化調(diào)整，并取得了較好的效果。

［1］ 郭強(qiáng)， 馬萬(wàn)軍， 孫銳.2000t/h 四墻切圓鍋爐爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)研究［J］.電站系統(tǒng)工程， 2010，26 （5）： 4-6.

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［5］ 劉建全.超 （超） 臨界機(jī)組鍋爐燃燒特性試驗(yàn)與優(yōu)化研究［D］.華北電力大學(xué)，2012.

華潤(rùn)電力有限公司2×1000MW鍋爐采用反向雙切圓燃燒系統(tǒng)，一直存在汽溫偏差大，水冷壁、過(guò)熱器超溫現(xiàn)象，2015年兩臺(tái)爐水冷壁出現(xiàn)了4次超溫爆管情況。為了充分掌握爐膛內(nèi)運(yùn)行時(shí)氣流速度場(chǎng)的分布特性，深入分析與排查機(jī)組爐內(nèi)水冷壁多次超溫爆管的原因，對(duì)爐內(nèi)冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。通過(guò)調(diào)整燃燒器、優(yōu)化點(diǎn)火和磨煤機(jī)運(yùn)行等方法，解決了水冷壁超溫爆管、火焰偏斜、爐膛左右側(cè)煙氣溫度偏差等問(wèn)題。